Gezeiteneffekt der Sonne

Die Ursachen von Spring- und Nipptiden

Den größten Beitrag zu den beobachtbaren Gezeiten leistet der Mond, doch auch die Sonne beeinflusst die Gezeiten maßgeblich. In diesem Artikel wird beschrieben, wie die Gravitationskraft der Sonne sich auf die Gezeiten auswirkt. Stehen Sonne, Mond und Erde in einer bestimmten Konstellation, so treten sogenannte Spring- und Nipptiden auf. Springtiden sind Gezeiten, die sich durch einen besonders hohen Hochwasser und einen besonders niedrigen Niedrigwasserstand auszeichnen. Nipptiden sind eine Gezeitenform, bei der Hoch- und Niedrigwasserstände besonders gering sind.

Gezeitenkraft der Sonne

Die Sonne ist zwar deutlich schwerer als der Mond, allerdings ist sie ungefähr 390 mal weiter von der Erde entfernt. Die durch die Sonne verursachte Gravitationsbeschleunigung auf der Erde ist:

\begin{equation} \label{eq:eqn_grav_moon} a_S = \gamma \cdot { m_S \over d^2 } = 6.675\cdot10^{-11} \cdot { {1.988435 \cdot 10^{30} } \over (149.6 \cdot 10^9)^2} = 5.93\cdot10^{-3} {m \over s^{2} } \end{equation}

Dieser Wert ist deutlich größer als die vom Mond auf die Erde ausgeübte Gravitationsbeschleunigung:

$$ a_M = 3.31 \cdot 10^{-5} {m \over s^{2} } $$

Daraus läßt sich noch kein Rückschluss auf die Stärke der Gezeitenbeschleunigung ziehen, denn die Erde ist wesentlich weiter von der Sonne entfernt als vom Mond. Um eine solche Aussage treffen zu können, vergleichen wir die Gezeitenbeschleunigungen von Sonne und Mond. Die Vorgehensweise dafür haben wir im vorangegangene Kapitel kennengelernt:

Berechnen der Gravitationsbeschleunigung, welche die Sonne auf einen Punkt der Erdoberfläche ausübt.
Abziehen der durch die Sonne auf das Erdschwerezentrum ausgeübten Gravitationsbeschleunigung.

\begin{equation} a_{GS} = \gamma \cdot ( { m_S \over (d_{SE} - r_E)^2 } - { m_S \over d_{SE}^2 } ) = 5.052\cdot10^{-7} {m \over s^{2} } \end{equation} \begin{equation} a_{GM} = \gamma \cdot ( { m_M \over (d_{ME} - r_E)^2 } - { m_M \over d_{ME}^2 } ) = 1.123\cdot10^{-6} {m \over s^{2} } \end{equation} wobei:

$a_{GS}$ durch die Sonne verursachte Gezeitenbeschleunigung
$a_{GM}$ durch den Mond verursachte Gezeitenbeschleunigung
$m_S$ Sonnenmasse
$m_M$ Mondmasse
$d_{SE}$ Entfernung Sonne-Erde
$d_{ME}$ Entfernung Mond-Erde
$\gamma$ Gravitationskonstante
$r_E$ Erdradius.

Vergleicht man die Gezeitenbeschleunigungen von Sonne und Mond, so läßt sich feststellen, dass die des Mondes ungefähr 2.223 mal so stark ist, wie die der Sonne.

\begin{equation} a_{GM} = 2.223 \cdot a_{GS} \end{equation}

Die folgende Animation zeigt die Gezeitenkräfte von Sonne und Mond. Da die Sonne wegen Ihrer Größe und Entfernung nicht sinnvoll dargestellt werden kann, wird sie hier durch ihre Lichtstrahlen symbolisiert. Betrachtet man Sonne und Mond zunächst isoliert, so zeigen sich vier Gezeitenberge. Zwei sind auf den Mond ausgerichtet (weiße Pfeile) und zwei kleinere auf die Sonne (orange Pfeile). Auf der Erde kann man die Wirkung von Sonne und Mond allerdings nicht isoliert beobachten, denn beide Beschleunigungen überlagern sich. Die Wirkung der Sonne kann sich also der Wirkung des Mondes, je nach Stellung am Himmel entweder konstruktiv (verstärkend) oder destruktiv (abschwächend) überlagern.

Gezeitenbeschleunigung des Mondes (weiße Pfeile) und der Sonne (orangefarbene Pfeile). Die blaue Ellipse ist die konvexe Hülle der Summe aus beiden Beschleunigungen. Sie symbolisiert den Meeresspiegel.

Addiert man beide Beschleunigungsvektoren, so erhält man die resultierende Gezeitenbeschleunigung. In der hier gezeigten Simulation wird auf eine Visualisierung in Vektorform verzichtet, anstelle dessen wird nur die konvexe Hülle der Gezeitenbeschleunigungsvektoren als blaue Ellipse dargestellt. Sie symbolisiert den Meeresspiegel.

Nipptide

Nippflut (auch Nipptide genannt) tritt bei Halbmond auf, wenn Sonne, Mond und Erde in einem 90 Grad Winkel zueinander stehen. Unter diesen Bedingungen überlagern sich die Gezeitenkräfte von Mond und Sonne destruktiv. Bei Nipptide ist der Unterschied wischen Ebbe und Flut minimal.

Bei Halbmond, wenn Sonne, Erde und Mond in einem 90 Grad Winkel stehen, überlagern sich die Gezeitenberge von Sonne und Mond destruktiv. Es entsteht eine sogenannte Nippflut oder Nipptide.

Springtide

Das Gegenteil einer Nippflut ist die Springflut (auch Springtide genannt). Eine Springflut entsteht, wenn Sonne, Mond und Erde auf einer Linie liegen. Dies passiert immer bei Neumond und bei Vollmond. Die Gezeitenkräfte von Sonne und Mond überlagern sich dann konstruktiv und es kommt zu starken Unterschieden zwischen Ebbe und Flut.

Wenn Erde, Sonne und Mond auf einer Linie liegen, addiert sich die Gezeitenwirkung der Sonne und die des Mondes. Der entstehende Gezeitenberg ist besonders hoch. Dieser Zustand wird Springflut oder Springtide genannt.